第一章 第1节电荷 电荷守恒定律.docx

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第一章第1节电荷电荷守恒定律

第1节　电荷　电荷守恒定律

学习目标

核心提炼

1.知道两种电荷及其相互作用。

2种电荷——正电荷、负电荷

3种起电方式——摩擦起电、接触起电、感应起电

1个规律——电荷守恒定律

2.了解使物体起电的方式。

3.理解电荷守恒定律的内容。

4.知道电荷量的概念及单位。

一、摩擦起电　两种电荷

1.带电体：

带有电荷的物体。

2.摩擦起电：

通过摩擦使物体带电的方法。

3.两种电荷

（1）电荷的分类

①正电荷：

丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷。

②负电荷：

毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷。

（2）电荷间的相互作用：

同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

4.电荷量

（1）定义：

电荷的多少，常简称电量。

（2）表示方法：

通常正电荷的电荷量用正数表示，负电荷的电荷量用负数表示。

（3）单位

①国际单位：

库仑，符号C。

②常用单位：

微库（μC）和纳库（nC）。

1μC＝10－6C，1nC＝10－9C。

思考判断

1.两个正电荷之间的作用力为斥力，两个负电荷之间的作用力为引力。

（×）

2.丝绸摩擦玻璃棒，玻璃棒带正电，证明正电荷从丝绸转移到玻璃棒上。

（×）

3.摩擦起电是创造电荷的过程。

（×）

4.玻璃棒和其他物体摩擦后不一定带正电。

（√）

二、摩擦起电的解释

1.原子电性：

在正常状态下，原子内的电子总数等于原子核内的质子总数，因而通常物体或者物体的任何一部分都不显电性。

2.摩擦起电的实质：

材料不同的两个不带电的物体互相摩擦使一个物体的原子中有一些外层电子挣脱原子核的束缚并转移到另一个物体上，最终，失去电子的物体显示出带正电，得到电子的物体显示出带负电，而且两者的电荷量必然等值异号。

三、电荷守恒定律

1.内容：

电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。

2.理解：

在任何自然过程中，电荷的代数和是守恒的。

思考判断

1.两个物体相互摩擦时，得到电子的电中性物体带负电，得到质子的电中性物体带正电。

（×）

2.带等量异种电荷的两个导体接触后，电荷会消失，这种现象叫电荷的中和。

（×）

3.摩擦起电的过程是电子从一个物体转移到另一个物体的过程。

（√）

4.摩擦起电现象使本来没有电子和质子的物体中产生了电子和质子。

（×）

四、静电感应和感应起电

1.静电感应：

当一个带电体靠近导体时，由于同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引，导体中的自由电荷便会趋向或远离带电体，使导体靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷的现象。

2.感应起电：

利用静电感应使金属导体带电的过程。

思维拓展

　如图1所示，当将带正电荷的球C移近不带电的枕形金属导体时，由于电荷间的吸引，枕形金属导体中的自由电子向A端移动，而正电荷不移动，所以A端（近端）带________电，B端带________电。

（填“正”或“负”）

图1

答案　负　正

　起电的三种方式

[要点归纳]　三种起电方式的比较

　　方式

内容　　

摩擦起电

感应起电

接触起电

产生条件

两个不同绝缘体摩擦时

导体靠近带电体时

导体与带电体接触时

现象

两物体带上等量异种电荷

导体两端出现等量异种电荷

导体带上与带电体电性相同的电荷

微观解释

不同物质的原子核对核外电子的约束力不同，摩擦时电子从一个物体转移到另一个物体

导体中的自由电子受到带电体对它的排斥（或者吸引），而移向导体的远端（或者近端）

电荷间的相互作用，使得自由电子在带电体和导体上转移，且重新分布

实质

均为电荷在物体之间或物体内部的转移

[精典示例]

[例1]（多选）关于摩擦起电和感应起电的实质，下列说法中正确的是（　　）

A.摩擦起电现象说明机械能可以转化为电能，也说明通过做功可以创造出电荷

B.摩擦起电说明电荷可以从一个物体转移到另一个物体

C.感应起电说明电荷可以从物体的一部分转移到另一部分

D.感应起电说明电荷可以从带电的物体转移到原来不带电的物体

解析　摩擦起电的实质是电子在相互摩擦的物体间发生转移，失去电子的显示正电，得到电子的显示负电，此过程并非创造了电荷，而是总电荷量守恒，A错误，B正确；感应起电的实质是电荷从导体的一部分转移到另一部分，是电荷在同一导体内部发生了转移，C正确，D错误。

答案　BC

[例2]（多选）如图2所示，A、B为相互接触的用绝缘支柱支撑的金属导体，起初它们不带电，在它们的下部贴有金属箔片，C是带正电的小球，下列说法正确的是（　　）

图2

A.把C移近导体A时，A、B上的金属箔片都张开

B.把C移近导体A，先把A、B分开，然后移去C，A、B上的金属箔片仍张开

C.先把C移走，再把A、B分开，A、B上的金属箔片仍张开

D.先把A、B分开，再把C移走，然后重新让A、B接触，A上的金属箔片张开，而B上的金属箔片闭合

解析　虽然A、B起初都不带电，但带正电的导体C对A、B内的电荷有力的作用，使A、B中的自由电子向左移动，使得A端带负电荷，B端带正电荷，其下部贴有的金属箔片分别带上了与A、B同种的电荷，所以金属箔片都张开，A正确；C只要一直在A、B附近，先把A、B分开，A、B上的电荷因受C的作用力不可能中和，因而A、B仍带等量异种的感应电荷，此时即使再移走C，A、B所带电荷量也不变，金属箔片仍张开，B正确；但如果先移走C，A、B上的感应电荷会马上中和，不再带电，所以箔片都不会张开，C错误；先把A、B分开，再移走C，A、B仍然带电，但重新让A、B接触后，A、B上的感应电荷会完全中和，金属箔片都不会张开，D错误。

答案　AB

（1）摩擦起电适用于绝缘体，感应起电、接触起电适用于导体。

（2）无论哪种起电方式，发生转移的都是电子，正电荷不会发生转移。

（3）感应起电的判断方法

①当带电体靠近导体时，导体靠近带电体的一端带异种电荷，远离带电体的一端带同种电荷。

②导体接地时，该导体与地球可视为一个导体，而且该导体可视为近端导体，带异种电荷，地球就成为远端导体，带同种电荷。

[针对训练1]（多选）将带电棒移近两个不带电的导体球，两个导体球开始时互相接触且对地绝缘，如图3所示，下列几种方法中能使两球都带电的是（　　）

图3

A.先把两球分开，再移动棒

B.先移走棒，再把两球分开

C.先将棒接触一下其中一球，再把两球分开

D.棒带的电荷量如果不变，不能使两导体球带电

解析　带电棒移近两球时，使两球的电荷重新分布，甲、乙左右两端出现等量异种电荷，先将两球分开，再移走棒，甲、乙两球就带上等量异种电荷；若先移走棒，由于两球接触，先前感应出的等量正、负电荷发生中和，再分开两球后，球上不带电；将棒与其中一球接触后，三物体均带电，再把两球分开，两球带有同种电荷。

故选项A、C正确。

答案　AC

　电荷守恒定律

[要点归纳]　

1.完全相同的导体球接触起电时电荷量分配原则

用带电荷量为Q1的金属球与带电荷量为Q2的金属球接触，若两球带同种电荷，则每个小球所带的电荷量为总电荷量的一半。

若两球带异种电荷，则先中和相同量的异号电荷，然后平分剩余电荷，电性与所带电荷量多的金属球相同。

2.“中性”与“中和”的理解

（1）中性：

物体内有电荷存在，但正、负电荷的绝对值相等，对外不显电性。

（2）中和：

两个带有等量异种电荷的带电体接触达到电中性的过程。

[精典示例]

[例3]完全相同的两金属小球A、B带有相同的电荷量，相隔一定的距离，今让第三个完全相同的不带电金属小球C，先后与A、B接触后移开。

（1）若A、B两球带同种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多少？

（2）若A、B两球带异种电荷，接触后两球的电荷量大小之比为多少？

解析　

（1）设A、B带同种电荷，带电荷量均为q，则A、C接触后，A、C带电荷量为qA＝qC＝

q。

C与B球接触后，B、C所带电荷量为qB＝qC′＝

＝

q。

故A、B带电荷量大小之比为

＝

＝

。

（2）设qA＝＋q，qB＝－q。

则C与A接触后，A、C带电荷量为qA＝qC＝＋

q。

C与B接触后，B、C带电荷量为qB＝qC′＝

＝－

q，

故A、B带电荷量大小之比为

＝

＝

。

答案　

（1）2∶3　

（2）2∶1

（1）三种起电过程都没有创造电荷，其本质都是电子的转移，即起电过程是物体所带电荷的重新分配。

（2）接触起电过程中，电荷的分配与导体的形状、大小有关，两个完全相同的小球接触后再分开，两球将平分电荷。

（3）若使两个完全相同的金属球带电荷量大小分别为q1、q2，则有：

[针对训练2]有三个相同的绝缘金属小球A、B、C，其中A小球带有2.0×10－5C的正电荷，小球B、C不带电。

现在让小球C先和小球A接触后取走，再让小球B与小球A接触后分开，最后让小球B与小球C接触后分开，最终三小球的带电荷量分别为qA＝________C，qB＝________C，qC＝________C。

答案　5×10－6　7.5×10－6　7.5×10－6

　验电器的原理和使用

[要点归纳]　

1.验电器（或静电计）（如图4）的金属球、金属杆和下面的两个金属箔片连成同一导体。

图4

2.当带电的物体与验电器上面的金属球接触时，有一部分电荷转移到验电器上，与金属球相连的两个金属箔片带上同种电荷，因相互排斥而张开，物体所带电荷量越多，电荷转移的越多，斥力越大，张开的角度也越大。

3.当带电体靠近验电器的金属球时，金属箔片也会张开。

因为带电体会使验电器的上端感应出异种电荷，而金属箔片上会感应出同种电荷（感应起电），两箔片在斥力作用下张开。

[精典示例]

[例4]使带电的金属球靠近不带电的验电器，验电器的箔片张开。

下列各图表示验电器上感应电荷的分布情况，正确的是（　　）

解析　把带电金属球移近不带电的验电器，若金属球带正电荷，则将导体上的自由电子吸引上来，这样验电器的上部将带负电荷，箔片带正电荷；若金属球带负电荷，则将导体上的自由电子排斥到最远端，这样验电器的上部将带正电荷，箔片带负电荷，选项B正确。

答案　B

[针对训练3]（2017·石家庄高二检测）如图5所示，用起电机使金属球A带上正电荷，并靠近验电器B，则（　　）

图5

A.验电器金箔不张开，因为球A没有和验电器上的金属球接触

B.验电器金箔张开，因为整个验电器都感应出了正电荷

C.验电器金箔张开，因为整个验电器都感应出了负电荷

D.验电器金箔张开，因为验电器的下部箔片感应出了正电荷

解析　当一个带正电的物体A，靠近原来不带电的验电器的金属小球时，小球由于静电感应会带上负电荷，金属箔片由于静电感应会带上正电荷，而整个验电器不带电，所以验电器的金属箔片张开的原因是箔片感应出了正电荷，故选项D正确。

答案　D

1.（起电的三种方式）（2017·邯郸高二检测）关于摩擦起电、接触起电、感应起电，下列说法错误的是（　　）

A.这是起电的三种不同方式

B.这三种方式都产生了电荷

C.这三种起电方式的实质是一样的，都是电子发生了转移

D.这三种方式都符合电荷守恒定律

答案　B

2.（摩擦起电）（多选）关于摩擦起电现象，下列说法正确的是（　　）

A.摩擦起电现象使本来没有电子和质子的物体中产生了电子和质子

B.两种不同材料的绝缘体相互摩擦后，同时带上等量异种电荷

C.摩擦起电，可能是因为摩擦导致质子从一个物体转移到了另一个物体而形成的

D.丝绸摩擦玻璃棒时，电子从玻璃棒上转移到丝绸上，玻璃棒因质子数多于电子数而显正电

解析　摩擦起电实质是由于两个物体的原子核对核外电子的约束能力不同，因而电子可以在物体间转移，若一个物体失去电子，其质子数就会比电子数多，我们说它带正电。

若一个物体得到电子，其质子数就会比电子数少，我们说它带负电。

使物体带电并不是创造出电荷。

答案　BD

3.（验电器及其原理）如图6所示，用丝绸摩擦过的玻璃棒和验电器的金属球接触，使验电器的金属箔片张开，关于这一现象下列说法正确的是（　　）

图6

A.两片金属箔片上带异种电荷

B.两片金属箔片上均带负电荷

C.箔片上有电子转移到玻璃棒上

D.将玻璃棒移走，则金属箔片立即合在一起

解析　自然界只存在两种电荷，正电荷和负电荷，丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，即失去电子，若将其接触验电器的金属球，此时两个箔片带同种电荷，即正电；在此过程中，一部分电子会从验电器的金属球转移到玻璃棒；移走玻璃棒时，箔片仍带电，不会立即合在一起，选项C正确。

答案　C

4.（电荷守恒定律的应用）有两个完全相同的带电绝缘金属小球A、B，分别带有电荷量QA＝6.4×10－9C，QB＝－3.2×10－9C，让两绝缘金属小球接触，在接触过程中，电子如何转移并转移了多少？

解析　当两小球接触时，带电荷量少的负电荷先被中和，剩余的正电荷再重新分配。

由于两小球完全相同，剩余正电荷必均分，即接触后两小球带电荷量QA′＝QB′＝

＝

C＝1.6×10－9C。

在接触过程中，电子由B球转移到A球，不仅将自身电荷中和，且继续转移，使B球带QB′的正电。

这样，共转移的电子电荷量为ΔQB＝QB′－QB＝[1.6×10－9－（－3.2×10－9）]C＝4.8×10－9C。

转移的电子数n＝

＝

＝3.0×1010（个）。

答案　电子由B球转移到了A球，转移了3.0×1010个电子

基础过关

1.如果天气干燥，晚上脱毛衣时，会听到“噼啪”的响声，还会看到电火花，这种现象产生的原因是（　　）

A.人身体上产生电流B.接触起电造成的

C.摩擦起电造成的D.感应起电造成的

解析　由日常生活的经验和带电的三种方式可知是摩擦起电，选项C正确。

答案　C

2.（多选）如图1用棉布分别与丙烯塑料板和乙烯塑料板摩擦，实验结果如图所示，由此对摩擦起电的说法正确的是（　　）

图1

A.两个物体摩擦时，表面粗糙的易失去电子

B.两个物体摩擦起电时，一定同时带上种类及数量不同的电荷

C.两个物体摩擦起电时，带上电荷的种类不同但数量相等

D.同一物体与不同种类的物体摩擦，该物体所带电荷种类可能不同

解析　两物体摩擦时是否得失电子取决于原子核对电子的束缚力大小，A错误；由于摩擦起电的实质是电子的得失，所以两物体带电种类一定不同，数量相等，B错误，C正确；由题中实验不难看出，同一物体与不同种类的物体摩擦，带电种类可能不同，D正确。

答案　CD

3.如图2是伏打起电盘示意图，其起电原理是（　　）

图2

A.摩擦起电B.感应起电

C.接触起电D.以上三种方式都不是

解析　导电平板靠近带电绝缘板并接地，则导电板和大地构成的“大导体”发生静电感应，使导电平板带上负电荷，选项B正确。

答案　B

4.如图3所示，导体A带电荷量为5q的正电荷，另一完全相同的导体B带电荷量为q的负电荷，将两导体接触一会儿后再分开，则B导体带的电荷量为（　　）

图3

A.－qB.q

C.2qD.4q

解析　相同带电体接触后，电荷量先中和、后平分，故选项C正确。

答案　C

5.如图4所示，原来不带电的金属导体MN，在其两端下面都悬挂着金属验电箔；若使带负电的金属球A靠近导体的M端，可能看到的现象是（　　）

图4

A.只有M端验电箔张开，且M端带正电

B.只有N端验电箔张开，且N端带正电

C.两端的验电箔都张开，且N端带负电，M端带正电

D.两端的验电箔都张开，且两端都带正电

解析　使带负电的金属球A靠近原来不带电的金属导体MN的M端时，由于静电感应，M、N两端会出现等量异种电荷，即N端带负电，M端带正电，两端的验电箔都张开，故选项C正确，A、B、D都错误。

答案　C

能力提升

6.（多选）如图5所示是一个带正电的验电器，当一个金属球A靠近验电器上的金属球B时，验电器中的金属箔片的张角减小，则（　　）

图5

A.金属球A可能不带电

B.金属球A一定带正电

C.金属球A可能带负电

D.金属球A一定带负电

解析　金属箔片之所以张开，是由于两箔片上的正电荷相互排斥造成的。

当验电器金属箔片的张角减小时，说明箔片上的正电荷一定比原来减少了。

如果金属球A带正电，则金属箔片上的正电荷量增加，张角变大，所以选项B错误；如果金属球A带负电，在金属球A靠近金属球B时，由于异种电荷相互吸引，使金属箔片上的电荷量减少，张角变小。

若金属球不带电，靠近验电器的金属小球时，出现静电感应现象，从而使得靠近金属球B附近的金属球A左侧带负电，金属箔片上的正电荷减少，张角减小，故选项A、C正确，D错误。

答案　AC

7.如图6所示，左边是一个原先不带电的导体，右边C是后来靠近导体的带正电金属球。

若用绝缘工具沿图示某条虚线将导体切开，分导体为A、B两部分，这两部分所带电荷量的数值分别为QA、QB，则下列结论正确的是（　　）

图6

A.沿虚线d切开，A带负电，B带正电，且QB>QA

B.只有沿虚线b切开，才有A带正电，B带负电，且QB＝QA

C.沿虚线a切开，A带正电，B带负电，且QB>QA

D.沿任意一条虚线切开，都有A带正电，B带负电，而QA、QB的值与所切的位置有关

解析　静电感应使得A端带正电，B端带负电。

导体原来不带电，只是在C中正电荷的作用下，导体中的自由电子向B端移动，使B端有多余的电子而带负电，A端少了电子，因而带正电。

A端移去的电子数目和B端多余的电子数目是相同的，因此无论从哪一条虚线切开，两部分的电荷总量是相等的，但由于电荷之间的作用力与距离有关，自由电子在不同位置所受C的作用力的强弱是不同的，这样导致电子在导体上的分布不均匀，越靠近B端，负电荷密度越大；越靠近A端，正电荷密度越大，因此从不同位置切开时，QA、QB的值是不同的，故选项D正确。

答案　D

8.（多选）用金属箔做成一个不带电的圆环，放在干燥的绝缘桌面上。

小明同学用绝缘材料做的笔套与头发摩擦后，将笔套自上向下慢慢靠近圆环，当距离约为0.5cm时圆环被吸引到笔套上，如图7所示，对上述现象的判断与分析，下列说法正确的是（　　）

图7

A.摩擦使笔套带电

B.笔套靠近圆环时，圆环上、下部感应出异号电荷

C.圆环被吸引到笔套的过程中，圆环所受静电力的合力大于圆环的重力

D.笔套碰到圆环后，笔套所带的电荷立刻被全部中和

解析　笔套与头发摩擦后，它们的原子核束缚电子的本领不同，而使笔套带电，这种起电方式叫摩擦起电，选项A正确；当带电的笔套靠近金属箔圆环时，圆环上部感应出与笔套相异的电荷，下部感应出与笔套相同的电荷，即上、下部电荷量等量异号，选项B正确；圆环被吸引上来，由静止变为运动，力是改变物体运动状态的原因，圆环所受静电力有笔套的引力和斥力，但静电力的合力大于圆环的重力，选项C正确；笔套碰到圆环后，由于笔套是绝缘体，自

由电子无法移动，所以其上电荷不能立刻被全部中和，选项D错误。

答案　ABC

9.如图8所示，通过调节控制电子枪产生的电子束，使其每秒有104个电子到达收集电子的金属瓶，经过一段时间，金属瓶上带有－8×10－12C的电荷量，求：

图8

（1）金属瓶上收集到多少个电子？

（2）实验的时间为多长？

解析　

（1）金属瓶上收集的电子数目为

N＝

＝

＝5×107个。

（2）实验的时间t＝

s＝5000s。

答案　

（1）5×107个　

（2）5000s